壓裂廢液處理新技術(shù)與應(yīng)用效果

陳思媛(大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠)

壓裂作業(yè)每年5—10月集中實(shí)施，有效的工作時(shí)間約150天，老井單井用水量90～140 m3，普通水平井 1 500～2 000 m3，大規(guī)模壓裂井 4 000～6 000 m3。每年壓裂產(chǎn)生大量返排廢液，成份特別復(fù)雜，對(duì)環(huán)境的危害大，直接進(jìn)油水系統(tǒng)影響正常生產(chǎn)，因此需預(yù)處理后回收利用。我廠在某某聯(lián)卸油點(diǎn)附近建設(shè)一套廢壓裂液處理裝置，主要采用預(yù)處理過(guò)濾和提升系統(tǒng)+氧化反應(yīng)+油-水-泥分離工藝，處理能力240 m3/d。

壓裂廢液處理工藝在我廠屬于試驗(yàn)階段，目前沒(méi)有成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒，處理藥劑、參數(shù)及對(duì)系統(tǒng)的影響尚不確定，因此為了解決以上問(wèn)題，驗(yàn)證該工藝污水處理效果，并摸索相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本，開展此項(xiàng)目試驗(yàn)[1-3]。

1 壓裂廢液處理工藝原理

通過(guò)采用多級(jí)的物理及化學(xué)混合工藝，設(shè)計(jì)相關(guān)的工藝流程來(lái)降低返排液中污染物的含量，以降低廢液中CODcr含量為主線，設(shè)計(jì)符合油田污水處理站來(lái)水水質(zhì)要求的工藝流程。該工藝流程由預(yù)處理、氧化段、絮凝段、過(guò)濾段所組成（圖1）。

由于壓裂廢液中含有黏性物質(zhì)（瓜膠、聚丙烯酰胺等），并且乳化嚴(yán)重，來(lái)液偏弱酸性，一般氧化劑在弱酸環(huán)境下氧化效果較好，首先采用氧化段。采用氧化劑對(duì)壓裂液進(jìn)行氧化處理。利用管式反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)藥劑的混合、反應(yīng)過(guò)程。

一般單級(jí)氧化后處理的液體色度比較大，并且含有大量的鐵離子，調(diào)質(zhì)使水樣呈強(qiáng)堿性除去鐵離子。并把這兩個(gè)氧化過(guò)程偶合一起操作。壓裂廢液經(jīng)過(guò)破膠和破乳后，加入混凝劑使其有利于快速分層實(shí)現(xiàn)液固相分離。常溫下直接加入管式反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)混合，進(jìn)入分離器后進(jìn)行絮凝沉淀。

圖1 壓裂廢液處理裝置工藝流程

設(shè)置2個(gè)分離器，分別在分離器中實(shí)現(xiàn)油水泥的分離。經(jīng)過(guò)反應(yīng)后的壓裂液中的原油通過(guò)分離器底部氣浮裝置、分離器頂部設(shè)置的鏈?zhǔn)匠脱b置實(shí)現(xiàn)油的分離和初步收集。同時(shí)，在分離器中通過(guò)混凝過(guò)程實(shí)現(xiàn)固體相混凝到分離器底部，定期向污泥池排放，池滿后上層的清水打回到反應(yīng)器里面或是過(guò)濾器的前端。下層的沉降濃縮后的污泥經(jīng)污泥泵定期打到車上外運(yùn)至污泥處理站進(jìn)一步進(jìn)行污泥處理[4-5]。

2 運(yùn)行效果分析

2.1 試驗(yàn)方案

裝置運(yùn)行穩(wěn)定后，對(duì)廢壓裂液處理裝置開展加藥量摸索試驗(yàn)，目前加藥量氧化劑50 kg/d、助凝劑25 kg/d、絮凝劑2 kg/d，對(duì)應(yīng)的水質(zhì)的懸浮物、含油量、硫酸鹽還原菌和脫出的含油污泥的含水、含油進(jìn)行化驗(yàn)，處理后出水懸浮物含量小于或等于300 mg/L，含油量小于或等于300 mg/L；處理后污泥含油量小于或等于10%，含水率小于或等于80%。化驗(yàn)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)時(shí)，調(diào)整加藥量和系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，再重新試驗(yàn)，直到水質(zhì)達(dá)標(biāo)；若達(dá)標(biāo)，則逐次遞減加藥量，確定水質(zhì)達(dá)標(biāo)的最小加藥量，并記錄達(dá)標(biāo)時(shí)的工藝對(duì)應(yīng)最小加藥量及運(yùn)行參數(shù)[6-7]。

2.2 試驗(yàn)情況

綜合考慮試運(yùn)行時(shí)的藥劑使用情況、入網(wǎng)情況、及藥劑在大慶油田應(yīng)用情況及使用成熟度，確定了混凝劑、絮凝劑、氧化劑三種藥劑。投產(chǎn)使用初期采用試運(yùn)行時(shí)藥劑種類及濃度運(yùn)行，即氧化劑使用范圍為1.5 kg/m3、絮凝劑為200 g/m3、助凝劑為20 g/m3。并對(duì)壓裂廢液處理前后水質(zhì)進(jìn)行取樣分析（表1）。

表1 前期試驗(yàn)處理前后水樣水質(zhì)對(duì)比

化驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，水質(zhì)處理效果較好，由于該工藝流程處理后出水進(jìn)入油系統(tǒng)進(jìn)行分離后最終再進(jìn)入水系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)處理，所以從經(jīng)濟(jì)性考慮進(jìn)行藥劑投加量調(diào)整試驗(yàn)，使處理后出水含油量及懸浮物含量滿足懸浮300 mg/L即可。

2.2.1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)

由于壓裂廢液乳化嚴(yán)重，氧化劑對(duì)壓裂液進(jìn)行氧化破乳、破膠處理。在對(duì)氧化劑處理量進(jìn)行調(diào)整后發(fā)現(xiàn)處理后水質(zhì)較黏稠，影響處理水質(zhì)，因此僅對(duì)助凝劑及絮凝劑進(jìn)行藥劑加藥量調(diào)整。

首先在室內(nèi)用燒杯進(jìn)行了藥劑實(shí)驗(yàn)，初步確定現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)加藥范圍。首先觀察藥劑投加后絮體的絮結(jié)情況，再對(duì)燒杯中的水進(jìn)行懸浮物含量化驗(yàn)。初步確定了助凝劑加藥濃度為10～15 mg/L（圖2），絮凝劑加藥濃度為50～120 mg/L（圖3）。

圖2 助凝劑燒杯試驗(yàn)曲線圖

圖3 絮凝劑燒杯試驗(yàn)曲線圖

2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)出水水質(zhì)情況相結(jié)合，最終確定了助凝劑加藥濃度為6.1～6.2 mg/L，而絮凝劑的加藥濃度為72 mg/L（表2）。

經(jīng)過(guò)反應(yīng)后的壓裂液中的原油通過(guò)分離器底部氣浮裝置、分離器頂部設(shè)置的鏈?zhǔn)匠脱b置實(shí)現(xiàn)油的分離和初步收集。同時(shí)，在氧化劑反應(yīng)中氧化罐底部淤積污泥、分離器中通過(guò)混凝過(guò)程實(shí)現(xiàn)固體相混凝到分離器底部，定期進(jìn)行污泥排放。

表2 現(xiàn)場(chǎng)加藥及實(shí)驗(yàn)效果情況表

通過(guò)試驗(yàn)期間的摸索及現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，對(duì)不同沉積時(shí)間的污泥進(jìn)行取樣化驗(yàn)，最終確定了合理的排泥周期[8]。由跟蹤化驗(yàn)結(jié)果確定出最佳排泥周期為30天（表3）。

表3 排泥周期及排泥效果情況表

2.3 運(yùn)行成本分析

廢壓裂液處理裝置投產(chǎn)初期絮凝劑用量為200 g/m3，助凝劑用量為20 g/m3，經(jīng)參數(shù)優(yōu)化后絮凝劑用量為72 g/m3，助凝劑用量為6.1～6.2 g/m3。

絮凝劑單價(jià)為6元/kg，助凝劑單價(jià)為27.66元/kg，經(jīng)參數(shù)優(yōu)化后，絮凝劑節(jié)省128 g/m3，助凝劑節(jié)省13.8 g/m3，廢壓裂液處理裝置每天處理量230 m3，每年運(yùn)行7個(gè)月，則每年節(jié)省藥劑費(fèi)用55.53萬(wàn)元。

西南油氣分公司元壩氣田凈化廠

3 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

1）污水處理效果較好。經(jīng)過(guò)對(duì)裝置運(yùn)行效果一年的跟蹤，該裝置對(duì)于壓裂廢液處理效果好，處理后水質(zhì)懸浮物、含油量均小于300 mg/L，達(dá)到進(jìn)入系統(tǒng)要求。

2）壓裂廢液處理工藝在生產(chǎn)運(yùn)行中的關(guān)鍵在于根據(jù)來(lái)水量、來(lái)水水質(zhì)變化，及時(shí)調(diào)整加藥濃度及加藥量。根據(jù)試驗(yàn)跟蹤，藥劑加藥量絮凝劑用量72 g/m3，助凝劑用量為6.1～6.2 g/m3，在該廠的應(yīng)用中最為經(jīng)濟(jì)。